赵 葵 常 远 罗志建 孟军良 邱四军

（维嘉数控科技（苏州）有限公司，江苏 苏州 215122）

1 前言

印制电路板（PCB）数控钻铣边机等生产设备是“PCB之母”，它的性能对PCB产品的合格起着决定性的影响[1]。随着近年来发展，对钻机、铣边机的精度要求也日益提高，但是目前PCB钻机、铣边机的自动化程度还比较低，很多PCB板铣完边之后需要进行二次钻孔，这时需要将铣好的半成品板从铣边机转移到钻机上进行二次加工，由于板面在作业人员操作的过程中难免会出现污渍或者垃圾，会产生不良或者报废。而且二次加工需要二次装夹，二次装夹需要找正工件,找正的精度直接影响工件的成品质量,二次装夹操作比较繁琐,占用的辅助时间也较长，严重影响了生产效率[2]。因此研发出一台满足加工精度的钻铣一体机是适应市场需求的，具有较好的经济价值。

2 钻铣一体机毛刷压脚全自动切换技术

2.1 铣边机使用毛刷的优点

铣边机使用毛刷、同步气缸、吸屑罩组件可以在铣板时给工件系统施加垂直方向的压力，在合适的真空负压下可以顺利吸走铣板产生的废料与杂质，提高铣板的精度，保证产品的高合格率。

2.2 钻机压脚压板的优点

在正确选择盖板和垫板的情况下，同步气缸、吸屑罩和压力脚组成的压力脚组件是影响钻孔品质的关键因素，压脚的主要功能是压紧工件系统，通过本身的开槽透气结构，提供吸尘系统的空气补充，形成比较良好的对流系统，还有比较大的缓冲作用。吸屑罩与压力脚的组合结构的优良设计和合理的压力角压力与吸尘负压设置是保证印制电路板高品质钻孔的关键，因此钻孔时是否使用压力脚对钻孔精度的影响是很显著的，而铣边机采用的是毛刷、吸屑罩、同步气缸的结构，因此在一台设备上实现这两种结构的切换对铣板和钻孔精度的提高起到很大作用。

表1 附图说明

2.3 钻铣一体机毛刷压脚全自动切换机构

综上所述，为了保证精度，压脚在钻孔时是必须要使用的，为了保证铣板精度，毛刷也需要使用，因此迫切需要设计一款自动更换毛刷和压脚的装置来实现上述功能。这里我们设计了一款毛刷和压脚全自动切换的机构，此机构不但保证了钻孔和铣板的精度，还实现了压脚毛刷的自动切换。

如图1、图2所示，在整个过程开始前将毛刷10和毛刷套5、大压脚15和压脚套11分别固定在一起，并放置在各中转盘上。通过中转盘（1）3、中转盘固定座（1）2 、刀检固定座1、中转盘（2）12和中转盘固定座（2）14将各自放置的位置调整到合适的状态。

当主轴在X、Y方向处于规定位置后，主轴开始向下移动，使吸屑罩8也随着向下移动， 当移动到图示毛刷套5的的位置后，小型气缸7带动楔形块松开毛刷套5，受环形磁铁15磁力的影响，毛刷套5被吸附固定在了中转盘3上，感应开关4感应到毛刷套的信号。此时主轴上升，感应开关4感应到毛刷套5并未随着主轴上移而失去信号，表示毛刷套5和吸屑罩8正常脱离。然后吸屑罩8再移动到特定位置并与压脚套11对接，气缸7作用使压脚套11固定在吸屑罩8上，磁性开关16能感应到气缸正常到位，主轴抬起，接近开关13感应不到信号表示切换成功。

重复以上动作，依次实现毛刷和压脚的切换过程。

图1 钻铣边切换俯视图

图2 钻铣边切换正视图

3 数据分析

将此机构安装在设备上后，为了得到压脚和毛刷切换前后钻孔精度的变化情况，我们进行了精度测试,测试过程中使用同一台机器且参数相同，主轴为铣边用主轴，最高转速60 kRPM，并进行对比分析。

测试一：FR4双面板0.8mm×3片；垫板：2.5mm纸板；盖板：0.2mm 铝片；孔径：D0.25

在同等条件下，只更换压脚和毛刷，铣边机进行两种工艺钻孔。每种工艺都进行多次测试并记录数据，第一种工艺钻孔得到数据如图3、图4和表2。

图3 使用毛刷钻孔测试(1)

图4 使用压脚钻孔测试(1)

表2 钻孔测试数据(1)

通过本次工艺测试，连续进行三次钻孔测试，对比结果如上，使用压脚效果较毛刷要好，精度更高。

测试二：FR-4双面板0.8 mm×1片；垫板：2.5 mm纸板；盖板：0.2 mm 铝片；孔径：D2.0

在同等条件下，只更换压脚和毛刷，铣边机进行两种工艺钻孔。每种工艺都进行多次测试并记录数据。

第二种钻孔工艺得到数据如图5、图6和表3。

表3 钻孔测试数据（2）

图5 使用毛刷钻孔测试(2)

图6 使用压脚钻孔测试(2)

通过本次工艺测试，可以看出对于大直径钻孔，使用压脚钻孔同样比直接使用毛刷钻孔Cpk值高，精度好。

4 结论

通过以上数据可以得出，采用此新型钻铣一体结构可以在保证铣板精度的基础上，使钻孔达到与钻机钻孔相近的效果，从而大大提高二次钻孔精度，为解决PCB生产企业二次钻孔需求提供了优良的方案论证。若PCB生产厂商的产品需要二次钻孔，使用这一款钻铣一体机可以减少板材的二次装夹，大大提高了生产效率、降低成本。此技术已申请为专利技术。

[1] 党振. 中国大陆PCB产业自动化的现状与未来[J].印制电路与信息,2006,1：10-11.

[2] 刘大维. 在数控铣床加工中二次装夹找正工件的技巧[J]. 科技传播,2012,12：21-23.